01

引言

钾具备资本丰裕(地壳储量约2.09wt%)、成本省钱、电极电势低(-2.93V)的特征，因而钾离子电池被觉得是下一代低成本储能编制之一。在浩大负极候选材猜中，碳因其成本低、处境友情以及原因丰裕的特征，在钾离子电池范围获患有精深的运用。此中，碳的两种同素异形骸，石墨化和无定形碳在钾电编制中各有是非：石墨化碳具备较高的离子电导率，常常体现出较高的倍率功能，但其轮回安定性正常较差；而无定形碳机关安定性优越，但由于离子电导率较差，无定形碳的倍率功能显著低于石墨化碳。因而，调整石墨和无定形碳的长处，使其同时具备高离子电导率和高机关可逆性，是打算兼具高倍率功能和轮回安定性的碳质电极的有用伎俩。

02

成效展现

近期，厦门大学王鸣生课题组打算了一种在无定形碳管内部封装石墨化碳网络的碳基复合材料（HG-CNTs）。在该处事中，内部石墨化碳网络供给了迅速的钾离子传输通道，而外部无定形碳层保证了轮回经过中集体机关的安定性。希奇是，本文还哄骗原位透射电镜技艺，时刻观测了高电流密度下石墨化碳和无定形碳不同的钾传输动做，表领会石墨化碳关于离子传输的增进影响。该论文以“Synergisticcouplingofamorphouscarbonandgraphiticdomainstowardhigh-rateandlong-lifeK+storage”为题发布在期刊JournalofEnergyChemistry上。论文第一做家为课题组博士生张贺贺，王鸣生教学为通信做家。

03

图文导读

图1展现了两种不同的碳材料的机关图，离别是无定形碳内部封装石墨化碳网络的复合碳材料（HG-CNTs，图1b-g）和无定形碳管（H-CNTs，图1h-j）。EDS图片表领会两种材料具备如同水平的杂原子搀杂。

图1.（a）HG-CNTs的合成示用意；（b-g）HG-CNTs的SEM，TEM和EDS图；（h-j）H-CNTs的TEM和EDS图。

哄骗原位透射电镜，做家观测了两种碳纳米管不同的钾化动做。经谋划，在原位嵌钾经过中，流过碳纳米管的电流密度高达56mAcm?2。如图2a所示，由于钾在无定形碳中传输较慢，在高电流密度下钾化一段光阴后，碳管下端浮现了显然的钾积累，即有部分钾不能被实时传输到上端。而在插足了内部石墨化网络后，如图2b所示，钾也许被迅速地传送到碳管上端且没有浮现积累形势。两种碳管不同的钾化形势可视化地表领会石墨化碳关于迅速钾离子传输的严重性。其余，图2e相比了多组HG-CNTs和H-CNTs的离子传输速度。显然，HG-CNTs具备更快的钾离子传输速度。

图2.（a）H-CNTs和（b）HG-CNTs的初度嵌钾示用意；（c）两种材料不同的离子迁徙方法示用意；H-CNTs和HG-CNTs的（d）钾化先后直径变动和（e）离子传输速度。

图3展现了HG-CNTs和H-CNTs的电化学功能。如图3d所示，两种电极在0.1Ag?1电流密度下容量靠近，但在电流密度抬高到2Ag?1时，HG-CNTs电极仍具备.5mAhg?1的容量，而H-CNTs的容量降落显然，唯一.3mAhg?1。显然，HG-CNTs电极具备更好的倍率功能。此外，在1Ag?1的大电流下轮回次后，HG-CNTs的容量仍能坚持在.6mAhg?1，险些没有容量衰减，体现出优越的轮回安定性。

图3.（a）HG-CNTs在0.1mVs?1的CV图；（b）HG-CNTs和H-CNTs在0.1Ag?1电流下的轮回功能；（c）HG-CNTs的轮回弧线；（d）两种电极的倍率功能；（e）HG-CNTs的倍率弧线；（f）功能相比图；（g）HG-CNTs和H-CNTs在1Ag?1电流下的轮回功能。

图4的非原位Raman和TEM表征进一步表领会HG-CNTs电极精良的可逆性以及机关安定性。

图4.（a，b）HG-CNTs的非原位Raman光谱图和对应的ID/IG变动图；（c-h）HG-CNTs在不同形态下的TEM和HRTEM图；（i-k）HG-CNTs轮回次后的TEM和HRTEM图。

04

小结

本文制备了一种无定形碳和石墨化碳耦合的碳基复合材料。此中，石墨化碳网络供给了迅速的钾离子传输通道，而无定形碳层保证了轮回经过中集体机关的安定性，两者联合影响使得复合电极兼具高倍率功能和轮回安定性。该处事为打算先进的钾离子电池负极材料供给了新的思绪。

文章音信

Synergisticcouplingofamorphouscarbonandgraphiticdomainstowardhigh-rateandlong-lifeK+storage

HeheZhang,WangqinLi,JianhaiPan,ZhefeiSun,BenshengXiao,WeibinYe,ChengzhiKe,HaowenGao,YongCheng,QiaobaoZhang,Ming-ShengWang*

JournalofEnergyChemistry

Doi:

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